KDF处理水的原理是利用氧化还原反应，KDF与水中氧化性有害物质进行电子交换，把许多有害物质变为无害物质。

3.1 使用寿命长，可重复循环使用（详见4、5类介绍）

3.2 减少矿物结垢

KDF处理介质对碳酸钙垢的作用有二个方面。

一方面，根据pH、二氧化碳浓度和碳酸钙溶解度之间的关系，当二氧化碳从溶液中除去时，pH值升高，因而使碳酸钙的溶解度降低；KDF55通过电化学反应也使水的pH值升高，降低碳酸钙的溶解度，结果使碳酸钙垢容易析出。

另一方面，由于KDF处理介质中锌离子的溶出，水中的锌离子含量有所增加，水中锌离子的存在能改变垢的晶体生长机理，使水中的碳酸钙垢以文石的结晶形态产生沉淀，在容器的器壁上形成软垢，而不是结晶为方解石型的硬垢。曾有人研究过水中杂质存在对方解石结晶生长的影响，研究发现，即使锌离子的浓度很低时，也能阻止方解石结晶的形成。

通过试验可以进一步证明，KDF处理介质防止矿物硬垢的形成和积累，主要是阻止方解石形态碳酸钙的结晶。采用扫描电子显微镜和X射线衍射进行结晶学研究证明，未经KDF处理的水中产生的硬垢是一些相对大的、具有规则形态的针状钙盐和镁盐的结晶，这些盐类质地坚硬、溶解度低、具有网状结构，是玻璃石灰石垢。经过KDF处理介质的水中结成的垢，从根本上改变了碳酸钙（镁）结晶的形态，垢形相对变小，外观平坦呈圆形、颗粒形和棒形，都是由不坚硬的粉状成分组成的，这些成分不会粘附于金属、塑料或陶瓷的表面，很容易用物理过滤方法将它们除去。

3.3 减少悬浮固体

KDF55处理介质的颗粒平均尺寸大约为60目，最小的颗粒约115目，也能起到物理过滤去除悬浮物质的作用，通常KDF55过滤介质能够有效地去除直径小至50μm的颗粒。

由钢铁材料制成的输水管件腐蚀时，铁氧化形成FeO胶体，FeO与KDF接触，也可以发生氧化还原反应，FeO最终形成Fe2O3固体沉淀在KDF表面，可用反冲洗方法将它们去除，化学反应式如下：

2Cu FeO Cu2O Fe

4Fe 3O2 2Fe2O3

3.4 去除氧化剂（余氯）

KDF55能去除水中的氧化剂，例如余氯。该作用是通过电化学氧化还原反应完成的。氧化还原反应的发生是因为KDF55是由二种不同的金属组成的，与水接触时，合金中电位正的铜成为阴极，而电位负的锌是阳极。在阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应。锌阳极在反应中失去了电子，锌离子成为牺牲者进入溶液，铜阴极上发生游离氯的还原反应，而不会发生金属铜的溶解，水和余氯成为最后的电子接受者，同时生成氢离子、氢氧根离子和氯离子，总反应式如下：

Zn HOCl H2O 2e- Zn2 Cl- H 2OH-

水中其他的氧化剂，如臭氧、溴、碘等与KDF55接触后也能进行氧化还原反应。

3.5 抑制微生物的繁殖

美国环境保护署将KDF55处理介质作为一种微生物抑制剂，说明该处理介质能起到抑制微生物繁殖的作用，但不能完全杀灭微生物种群。KDF55处理介质不是通过一种机理、而是几种机理控制微生物的生长繁殖，通过每一种的单独作用或协同作用来达到抑制微生物的作用。主要机理包括：氧化还原电位的变化，氢氧根离子和过氧化氢的形成，介质中锌的溶出等。在一般情况下，KDF55处理介质作为反渗透膜的预处理手段时，能够抑制细菌、藻类等微生物的繁殖，从而防止了微生物对膜的破坏。

3.5.1 氧化还原电位的变化

水通过KDF55处理介质时，其氧化还原电位从 200mV变化到-500 mV，在一般情况下，各种类型的微生物只能在特定的氧化还原电位下生长，电位的大幅度变化，能破坏细菌的细胞，从而控制了微生物的生长。但是，水的氧化还原电位变化很小，用KDF控制细菌，必须使细菌与KDF直接接触，KDF对细菌的抑制作用主要发生于KDF-水接触面上，所以仅靠氧化还原电位的变化并不能完全控制微生物。

3.5.2 氢氧根离子和过氧化氢

美国印第安纳州南本德圣母大学在研究KDF处理介质降低水中铁离子浓度时发现，在KDF将二价铁氧化到三价铁的过程中会产生氢氧根离子和过氧化氢，这就可以抑制那些在低氧化电位时尚能存活，但对氢氧根离子和过氧化氢敏感的微生物，但是氢氧根离子和过氧化氢的寿命短，只是在过滤过程中具有高的反应活性，对微生物的抑制效果比较明显，在流出水中的残余效应比较小。

3.5.3 锌离子对微生物的控制

KDF处理介质中释放出来的锌对微生物有明显的控制作用，锌能阻止酶的合成，从而影响有机体的正常生长，达到抑制微生物繁殖的目的。

另外，KDF55介质通过阻止叶绿素合成而控制藻类生长，锌离子的存在从本质上降低了有机体从光合作用生产食物的能力，细菌种群的食物和能量来源是依靠藻类群落，藻类的减少将显著影响细菌的生长。

3.6 重金属的去除

KDF处理介质可以去除水中的重金属离子，如铅、汞、铜、镍、镉、砷、锑、铝和其他许多可溶性重金属离子，它们的去除是通过电化学氧化还原反应和催化作用完成的。

KDF55去除重金属离子的机理如下：金属离子镀覆于KDF处理介质的表面或进入KDF晶格中，从而使有毒重金属污染物结合在KDF上。例如，水中溶解的铅离子还原成不溶性的铅原子，并镀覆于KDF介质的表面； X射线衍射研究发现汞的去除是形成了铜—汞合金。

KDF处理重金属离子的化学反应式如下：

Zn/Cu/Zn Pb(NO3)2 Zn/Cu/Pb Zn(NO3)2

Zn/Cu/Zn HgCl2 Zn/Cu/Hg ZnCl2

金属离子在水的pH升高时水解形成金属氢氧化物沉淀，也能去除金属离子。

3.7 去除硫化氢

在应用膜法进行水处理时，如果选用地下水作水源，水中可能存在硫化氢，硫化氢如被氧化成硫磺就会污染膜表面，KDF55过滤介质有去除硫化氢的功能，生成的硫化铜不溶于水，可在KDF55介质反冲洗时去除，化学反应式如下：

Cu/Zn H2S Cu/Zn CuS H2

2H2 O2 2H2O